三 裝飾模式的應用
學(xué)過(guò)裝飾模式后，大家會(huì )發(fā)現，它在Java語(yǔ)言中最著(zhù)名的應用莫過(guò)于Java I/O標準為庫的設計了。這一節將以處理Byte流為例，看看裝飾模式是怎樣得到應用的。
為什么不用繼承而用裝飾模式
我們知道Java I/O庫需要很多性能的各種組合，如果說(shuō)這些性能的組合是通過(guò)繼承方式來(lái)實(shí)現的話(huà)，那么每一種組合都需要一個(gè)類(lèi)，這樣就會(huì )出現大量重復性問(wèn)題的出現，從而使類(lèi)數目“爆炸”。而如果采用裝飾模式，那么不僅類(lèi)的數目大減少了，性能的重復也可以減至到最少。所以裝飾模式是Java I/O庫的基本模式。在這里我想再用<<Head First Design Pattern>>中講到裝飾模式時(shí)候的一個(gè)例子，看看裝飾模式是怎么達到不僅類(lèi)的數目大減少了，性能的重復也可以減至到最少：
它這個(gè)例子大概是說(shuō)：Beverage是一個(gè)抽象類(lèi)，它被所有在一個(gè)咖啡店里賣(mài)的飲料繼承。Beverage有個(gè)抽象方法cost，所有的子類(lèi)都要實(shí)現這個(gè)抽象方法，計算它們的價(jià)格?，F在有四個(gè)最基本的咖啡：HouseBlend,DarkRoast,Decaf,Espresso他們都繼承自Beverage，現在的需求是說(shuō)在四個(gè)最基本的咖啡里，每個(gè)都可以隨便地添加調味品，像steamed milk,soy,還有mocha最后是加上whipped milk。如果是說(shuō)按繼承來(lái)實(shí)現這種幾個(gè)調味品跟原來(lái)咖啡的組合的話(huà)，我們會(huì )很自然地設計來(lái)下面的類(lèi)圖來(lái)：
看到了上面的類(lèi)圖了嗎，我們不禁會(huì )說(shuō)這就是“類(lèi)爆炸”。如果是按裝飾模式的設計思路我們可以得出下面的設計類(lèi)圖：
我們再來(lái)看看Gof里面的標準的裝飾模式的類(lèi)圖表示：
仔細看看上面的幾個(gè)圖后我們肯定就會(huì )理解這句話(huà)了：裝飾模式是怎么達到不僅類(lèi)的數目大減少了，性能的重復也可以減至到最少。
再回到Java I/O庫，由于裝飾模式的引用，造成了靈活性和復雜都大大增加了，我們在使用Java I/O庫時(shí)，必須理解Java I/O庫是由一些基本的原始流處理器和圍繞它們的裝飾流處理器所組成的，這樣可以在學(xué)習和使用Java I/O庫時(shí)達到事半功倍的效果。
下面我用<<Java與模式>>，<<Head First Design Pattern>>或者是網(wǎng)上看到的一些類(lèi)圖來(lái)分析：
首先是InputStream類(lèi)型中的裝飾模式：
InputStream有七個(gè)直接的具體子類(lèi)，有四個(gè)屬于FilterInputStream的具體子類(lèi)，如下圖所示：
上圖中所有的類(lèi)都叫做流處理器，這個(gè)圖就叫做（InputStream類(lèi)型的）流處理器圖。
書(shū)中提到根據輸入流的源的類(lèi)型，可以將這些流類(lèi)分成兩種，即原始流類(lèi)（Original Stream）和鏈接流處理器（Wrapper Stream）。
原始流處理器
原始流處理器接收一個(gè)Byte數組對象，String對象，FileDiscriptor對象或者不同類(lèi)型的流源對象，根據上面的圖，原始流處理器包括以下四種：
ByteArrayInputStream：為多線(xiàn)程的通信提供緩沖區操作功能，接收一個(gè)Byte數組作為流的源。
FileInputStream:建立一個(gè)與文件有關(guān)的輸入流。接收一個(gè)File對象作為流的源。
PipedInputStream：可以與PipedOutputStream配合使用，用于讀入一個(gè)數據管道的數據，接收一個(gè)PipedOutputStream作為源。
StringBufferInputStream：將一個(gè)字符串緩沖區轉換為一個(gè)輸入流。接收一個(gè)String對象作為流的源。（ＪＤＫ幫助文檔上說(shuō)明：已過(guò)時(shí)。此類(lèi)未能正確地將字符轉換為字節。從ＪＤＫ1.1開(kāi)始，從字符串創(chuàng )建流的首選方法是通過(guò)StringReader類(lèi)進(jìn)行創(chuàng )建。只有字符串中每個(gè)字符的低八位可以由此類(lèi)使用。）
鏈接流處理器
所謂鏈接流處理器，就是可以接收另一個(gè)流對象作為源，并對之進(jìn)行功能擴展的類(lèi)。InputStream類(lèi)型的鏈接處理器包括以下幾種，它們都接收另一個(gè)InputStream對象作為流源。
?。ǎ保〧ilterInputStream稱(chēng)為過(guò)濾輸入流，它將另一個(gè)輸入流作為流源。這個(gè)類(lèi)的子類(lèi)包括以下幾種：
BufferedInputStream：用來(lái)從硬盤(pán)將數據讀入到一個(gè)內存緩沖區中，并從緩沖區提供數據。
DataInputStream：提供基于多字節的讀取方法，可以讀取原始類(lèi)型的數據。
LineNumberInputStream：提供帶有行計數功能的過(guò)濾輸入流。
PushbackInputStream：提供特殊的功能，可以將已經(jīng)讀取的字節“推回”到輸入流中。
?。ǎ玻㎡bjectInputStream可以將使用ObjectInputStream串行化的原始數據類(lèi)型和對象重新并行化。
?。ǎ常㏒eqcueneInputStream可以將兩個(gè)已有的輸入流連接起來(lái)，形成一個(gè)輸入流，從而將多個(gè)輸入流排列構成一個(gè)輸入流序列。
抽象結構圖
按照上面的這種原始流處理器和鏈接流處理器的劃分，可以用下面的結構圖來(lái)描述它們之間的關(guān)系。
上面的流處理器圖跟裝飾模式的結構圖有著(zhù)顯而易見(jiàn)的相同之處。實(shí)際上InputStream類(lèi)型的流處理器結構確實(shí)符合裝飾模式?！?/p>
裝飾模式結構圖
對于上圖FilterInputStream查看JDK1.4源代碼，部分代碼如下:
上面這個(gè)圖向我們傳達了這個(gè)信息：鏈接流鏈接流對象接收一個(gè)原始流對象或者另外一個(gè)鏈接流對象作為流源；另一方面他們對流源的內部工作方法做了相應的改變，這種改變是裝飾模式所要達到的目的。比如：
BufferedInputStream“裝飾”了InputStream的內部工作方式，使得流的讀入操作使用了緩沖機制。在使用了緩沖機制后，不會(huì )對每一次的流讀入操作都產(chǎn)生一個(gè)物理的讀盤(pán)動(dòng)作，從而提高了程序的效率，在汲及到物理流的讀入時(shí)，都應當使用這個(gè)裝飾流類(lèi)。
LineNumberInputStream和PushbackInputStream也同樣“裝飾”了InputStream的內部工作方式，前者使得程序能夠按照行號讀入數據；后者能夠使程序讀入的過(guò)程中，退后一個(gè)字符。
DataInputStream子類(lèi)讀入各種不同的原始數據類(lèi)型以及String類(lèi)型的數據，這一點(diǎn)可以從它提供的各種read方法看出來(lái)，如：readByte(),readInt(),readFloat()等。
Java語(yǔ)言的I/O庫提供了四大等級結構:InputStream,OutputStream,Reader,Writer四個(gè)系列的類(lèi)。InputStream和OutputStream處理8位字節流數據, Reader和Writer處理16位的字符流數據。InputStream和Reader處理輸入, OutputStream和Writer處理輸出，所以OutputStream,Reader,Writer這三類(lèi)的裝飾模式跟前面詳細介紹的InputStream裝飾模式大同小異，大家可以看書(shū)中其它部分對這三類(lèi)的詳細描述或者從網(wǎng)上也能找到有關(guān)資料。為了方便比較這幾種類(lèi)型，順便附上Java語(yǔ)言的I/O層次結構圖：
下面的圖表示:以InputStream和OutputStream形成的層次關(guān)系
下面的圖表示:以Reader和Writer形成的層次關(guān)系
在下一篇文章里將介紹適配器模式的應用。
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